王福增，張建巍

(河北地質(zhì)職工大學，河北石家莊050081)

0 引言

GPS RTK技術以其高精度、高效率、易操作等優(yōu)點被廣泛應用于各種地形測量、施工放樣等方面。在地形復雜，通視情況較差，測區(qū)面積較小的測區(qū)，RTK可以替代傳統(tǒng)的導線網(wǎng)，大大縮短作業(yè)時間。地形圖數(shù)字化技術通常應用于城市規(guī)劃、地籍調(diào)查和GIS建庫等工作中。在這里需要將現(xiàn)有的紙質(zhì)線劃地圖進行數(shù)字化，使其成為計算機能夠識別和處理的數(shù)字地形圖?，F(xiàn)在，掃描數(shù)字化地形圖已經(jīng)成為地形圖數(shù)字化的主要方式。

在石家莊市某縣的礦山監(jiān)測工作中，由于工期緊、任務量大和經(jīng)費緊張等原因，采用了RTK技術和地形圖數(shù)字化相結合的方法進行作業(yè)。兩種技術的結合應用，有效提高了工作效率，節(jié)約了成本，效果理想。本次作業(yè)中各礦范圍不大、地勢為丘陵地帶，通視情況不好，各個礦點范圍都不是太大。但在測區(qū)內(nèi)每個礦上都布設了一個E級GPS點。GPS靜態(tài)網(wǎng)設計依據(jù)規(guī)范GB/T18314－2001《全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范》完成，利用徠卡公司的VIVA GS15 GNSS接收機進行施測，并用徠卡后處理軟件LGO進行基線結算和平差，精度良好。

1 礦山監(jiān)測工程流程圖

RTK配合地形圖掃描數(shù)字化作業(yè)的基本流程見圖。

礦山監(jiān)測工程基本流程示意圖

2 地形圖掃描數(shù)字化

2.1 原圖質(zhì)量檢查

紙質(zhì)圖受溫度和濕度的影響產(chǎn)生的變形會直接影響圖像的幾何糾正，而聚酯薄膜的二底圖與紙質(zhì)圖相比，材料原因產(chǎn)生的誤差較小，所以最好用聚酯薄膜作為掃描底圖。根據(jù)國標 GB/T17106 －1997《1∶500，1∶1000，1∶2000地形圖數(shù)字化規(guī)范》的部分規(guī)定，所選用的掃描底圖應滿足以下規(guī)定:

a)工作底圖一般應為聚酯薄膜圖，并且其變形應≤0.02%;

b)圖框點位誤差≤0.15mm，圖框邊長誤差≤0.2mm，圖框?qū)蔷€誤差≤0.3mm，公里網(wǎng)點間距離≤0.2mm;

c)工作底圖上的地物、地貌、水系、植被等圖形要素應表示清楚、正確。

在本工程中以其中一張1:2000的標準分幅聚酯薄膜圖說明原圖質(zhì)量檢查精度，結果如表1所示。

表1 原圖質(zhì)量檢查(mm)

由上表可見在本工程中所選用的原圖符合要求。

2.2 掃描儀分辨率的選擇

地形圖掃描數(shù)字化時使用的掃描儀大部分為以CCD或PMT為核心的掃描儀，提高掃描儀的分辨率無疑會提高圖像的質(zhì)量，但相應的掃描圖的數(shù)據(jù)量也會隨之成倍地增長，會造成計算機處理時間延長。因此我們在地形圖掃描時，對于圖面負載量較小的采用分辨率300DPI即可滿足要求，對于地形圖中地形、地物較復雜或等高線較密的高山地區(qū)掃描分辨率不小于500DPI即可滿足要求。在本工程中掃描精度選用400DPI，對原圖和掃描后的圖框邊長進行比較，結果見表2。

表2 原圖與掃描圖比較(mm)

由以上比較結果可以看出，掃描變形是影響數(shù)字化精度的主要因素，必須對圖像進行幾何糾正。

2.3 圖像的幾何糾正

掃描后的圖像會在不同程度上產(chǎn)生旋轉、平移 、縮放等變形，在地形圖矢量化前必須進行幾何糾正。幾何糾正是保證地形圖矢量化精度的關鍵，本工程中使用南方公司的CASS 6.0軟件進行圖紙定向和幾何糾正。以1:2000地形圖的掃描數(shù)字化為例，定向誤差對成果精度的影響最大值不超過0.15mm，當采用4點定向時，定向精度不應超過圖上0.10mm;采用9點定向時，定向精度不應超過圖上0.15mm。

2.4 作業(yè)內(nèi)容檢查

地形圖矢量化完成后要對每個作業(yè)內(nèi)容按照設計要求進行檢查，主要包括七個方面的內(nèi)容:①文件及各種控制信息是否完整、正確;②圖幅定位誤差是否在限差規(guī)定范圍之內(nèi);③圖內(nèi)各要素的采集是否有錯漏;④圖內(nèi)各要素代碼及附屬信息是否完整、正確;⑤采集點的誤差是否符合限差規(guī)定;⑥分層是否正確;⑦拓撲關系是否正確。

2.5 矢量化精度分析

在本工程中使用南方公司的CASS 6.0軟件對掃描圖進行定向和數(shù)字化作業(yè)，作業(yè)完成后進行了精度檢查，檢查采用如下方法:在原圖和數(shù)字化圖上量取和捕捉相同點的坐標計算點位中誤差(其中包括圖框點、控制點和網(wǎng)格點)。下面以其中一幅圖為例說明檢查情況(詳見表3)。

表3 坐標比較區(qū)間分布

平面位置精度中誤差計算公式如下:

對采集的550個點的點位平均中誤差按上式進行計算，結果為MS=0.17mm?？梢钥闯?，在本工程中嚴格按照規(guī)范要求進行操作可以保證地形圖數(shù)字化的精度。

3 所用儀器簡介

本次測量使用4臺徠卡公司的VIVA GS15 GNSS接收機。徠卡VIVA GS15 GNSS接收機是全球首款第三代GNSS接收機，支持北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，采用模塊化設計可自行更換通訊模塊，主機內(nèi)置電臺天線和手機天線，是業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，即使不外接天線也能使用，具有兩個電池倉支持電池的熱插拔，使得儀器能使用更長時間;這款儀器采用全新、高效的測量軟件，沒有太多的專業(yè)術語，引導式菜單及圖形描述加文字說明，操有多款針對中國用戶的本地化測量解決方案，作業(yè)更加便捷、效率更高;控制手簿帶有自動對焦數(shù)碼相機，可野外進行點之記等拍攝，拍攝圖片能和測量點進行關聯(lián)。同時，徠卡VIVA GS15 GNSS接收機具有行業(yè)最高的置信度(優(yōu)于99.99%)，使得測量結果可靠性有保障，RTK精度為:

①RTK水平精度:10mm+1 ppm(rms);

②RTK垂直精度:20mm+1 ppm(rms);

③初始化時間:典型8s。

4 準備工作

4.1 布設E級GPS控制網(wǎng)

由于本次作業(yè)的特殊性，每個礦上埋設一個點。根據(jù)工程現(xiàn)場的實際情況，盡量選取周圍遮擋物較少、地理位置較高的點架設GPS，以保證后期進行RTK測量時基準站電臺信號能順利傳到流動站。

4.2 控制網(wǎng)作業(yè)時間安排

作業(yè)時間的安排應以保證觀測數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性為前提，根據(jù)星歷預報，選擇衛(wèi)星數(shù)量多、PDOP小的時段進行作業(yè)時間的安排，確保基線的順利解算以及網(wǎng)平差的精度。

5 測量實施

每座礦山附近的E級GPS點均可架設基準站。由于布點時為RTK測量考慮，保證了在該礦測量時能順利收到電臺發(fā)射的信號。正確設置基準站和流動站后便可開始對該礦山的開采面進行碎部點測量。在利用RTK對地形碎部點進行測量時應注意以下問題:

①基準站的設置及作業(yè)半徑對RTK的測量精度和作業(yè)速度有直接的影響，基準站的位置盡量選在測區(qū)中央并且有一定的高度，以獲得最大的有效通訊半徑;

②基準站GPS天線與電臺發(fā)射天線間最好應在3m以上，在量取天線高時，應注意所量取應與所設置一樣;

③流動站無線電的頻率應與基準站相同，流動站的位置應在基準站的控制范圍之內(nèi)(具體距離由現(xiàn)場地形情況決定);

④在使用RTK進行碎部點測量時，必須在RTK進入“固定”狀態(tài)下才能開始。

RTK測量具有顯著的實時、快捷的優(yōu)點。但作業(yè)中由于檢核條件的缺乏，致使個別點會出現(xiàn)測量粗差。因此，成果的有計劃復核是保證RTK實測精度的關鍵。首先，在每天作業(yè)前，先將移動站設置在原E級GPS點上進行檢測;其次，作業(yè)過程中，當距已知點較近時，也要求進行檢核。

6 內(nèi)業(yè)處理

將手簿與電腦相連接，在測地通軟件下可直接導出CASS格式的坐標，這樣就可在CASS 6.0下繪制現(xiàn)場開采圖，再將數(shù)字化好的地形圖與現(xiàn)場開采圖疊加、處理后便可得到該礦的開采平面圖。將礦山采礦許可證中的允許開采邊界與開采平面圖相疊加，即可檢查該礦是否存在越層越界開采現(xiàn)象。

7 結束語

RTK測量實時、快捷，操作簡單，且不受通視條件限制，外業(yè)組織形式靈活。用RTK進行地形測量，可直接在E級GPS控制點上進行，大大減少了實測圖根控制和水準測量的工作量。RTK技術和地形圖數(shù)字化相結合不僅可以大幅度提高作業(yè)效率，而且能夠有效地減輕作業(yè)員的勞動強度，尤其是在通視困難的地區(qū)更加明顯。

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